Становление концепции системного подхода в научных исследованиях

В.А. Тихомиров

Идея познания явлений как системы уходит в глубокую древность (уже у первых античных диалектиков Фалеса, Демокрита и др. она выступает в ясной форме). Таким образом, идея системного подхода в ее широком толковании прошла длительный исторический путь от интуитивного постижения системы как философской категории до реального воплощения этой идеи в достижения современного научно-технического прогресса. Подтверждение этому находим в практике, которая показывает, что теоретический уровень научных как фундаментальных, гак и прикладных исследований заметно возрос благодаря использованию системных средств познания, начиная от философского принципа системности и кончая системным анализом. Для системного метода характерно заимствование врожденных способности людей декомпозировать сложные события на составные элементы, одновременно концептуализируя и идентифицируя отношения меняющейся интенсивности взаимодействия, между элементами системы. При этом в настоящее время наиболее конструктивными из направлений системных исследований считаются:

1. философское, на котором осуществляется анализ оснований системного метода, раскрывается статус системного подхода и общей теории систем, стратегии их развития, включая выбор актуальных проблем;
2. системный подход и общая теория систем, имеющие не только общенаучный статус и выполняющие специально-методологические функции, но и обладающими теоретическими функциями;
3. системный анализ, представляющий собой применение различных математических методов, которые базируются на системных идеях и положениях.

Системный подход – методологическое направление в науке, основная задача которого состоит в разработке методов исследования и конструирования сложноорганизованных объектов – систем разных типов и классов [1, 2]. Системный подход представляет собой определенный этап в развитии методов познания, методов исследовательской и конструкторской деятельности, способов описания и объяснения природы анализируемых или искусственно создаваемых объектов. Исторически системный подход приходит на смену широко распространенным в XVII–XIX вв. концепциям механицизма и по своим задачам противостоит этим концепциям. Наиболее широкое применение методы системного подхода находят при исследовании сложных развивающихся объектов – многоуровневых, иерархических, как правило, самоорганизующихся биологических, психологических, социальных систем, больших технических систем, систем «человек – машина» и т. д. Теоретической базой для разработки таких методов является диалектико-материалистический принцип системности. К числу важнейших задач системного подхода относятся:

1. разработка средств представления исследуемых и конструируемых объектов как систем;
2. построение обобщенных моделей системы, моделей разных классов и специфических свойств систем;
3. исследование структуры теорий систем и различных системных концепций и разработок.

В системном исследовании анализируемый объект рассматривается как определенное множество элементов, взаимосвязь которых обусловливает целостные свойства этого множества. Основной акцент делается на выявлении многообразия связей и отношений, имеющих место как внутри исследуемого объекта, так и в его взаимоотношениях с внешним окружением, средой. Свойства объекта как целостной системы определяются не только и не столько суммированием свойств его отдельных элементов, сколько свойствами его структуры, особыми системообразующими, интегративными связями рассматриваемого объекта. Для понимания поведения систем, прежде всего целенаправленного, необходимо выявить реализуемые данной системой процессы управления – формы передачи информации от одних подсистем к другим и способы воздействия одних частей системы на другие, координацию низших уровней системы со стороны элементов ее высшего уровня, управления, влияние на последние всех остальных подсистем. Существенное значение в системном подходе придаётся выявлению вероятностного характера поведения исследуемых объектов. Важной особенностью системного подхода является то, что не только объект, но и сам процесс исследования выступает как сложная система, задача которой, в частности, состоит в соединении в единое целое различных моделей объекта. Системные объекты, как правило, не безразличны к процессу их исследования и во многих случаях могут оказывать существенное воздействие на него. В условиях развертывания научно-технической революции происходит дальнейшее уточнение содержания системного подхода – детальное раскрытие его философских оснований, разработка логических и методологических принципов, дальнейший прогресс в построении общей теории систем.

Научная теория, как подчеркивалось ранее, имеет как внутреннюю организацию, так и внешние связи. Исходные термины и предположения составляют основу, на которой непосредственно строится научная теория. Поэтому они называются собственными основаниями теории. На этом основании строится внутренняя организация теории, которая представляет собой логическую схему, т.е. множество терминов и предложений, связанных логическими отношениями. На примере таких понятий как “элемент”, “компонент”, “структура” и “функция”, кратко рассмотрим основные, выше перечисленные аспекты, а также их роль в реализации структурного принципа, анализа и синтеза. Однако существуют аспекты, освещение которых в рамках собственных оснований теории затруднительно. К таким аспектам можно отнести, например, трудности, возникающие в связи с так называемым порогом различимости и нахождение обобщенной меры порядка и создание методики определения количественного значения уровня упорядочения. Такая мера, как интегральный критерий упорядоченности, должна характеризовать наиболее существенные стороны функциональной системы в синтезированном виде. При этом наибольшую трудность при построении любой теории представляет выбор нужного уровня общности, или абстрагирования. Теория систем должна быть, с одной стороны, достаточно абстрактной, а с другой достаточно конкретной для того, чтобы быть практически полезной. Решение данной проблемы, по нашему мнению возможно на основе дальнейшего развития внешних оснований теории, к которым относятся логические, методологические, гносеологические и философские основания.

Философские основания являются определяющими на их основе осуществляется анализ собственных оснований системного метода, раскрывается статус системного подхода, стратегии развития, включая выбор актуальных проблем. Говоря о философических основаниях, следует отметить два положения: во-первых, понятия, используемые в системном подходе, имеют прямое отношение к традиционным категориям диалектики, прежде всего категориям части и целого; во-вторых, основным видом системных отношений является корреляция, то есть связь соответствия. Ни один элемент системы не может измениться без того, чтобы то или иное изменение не претерпела бы и вся система в целом. Структура любой системы опирается на коррелятивные связи. Гармонически коррелятивные, согласованные действия элементов суть необходимое условие существования системы. Частными проявлениями коррелятивной связи являются координация и субординация, а также все виды функциональных зависимостей. При этом корреляция не порождает новое явление, но определенным образом обуславливает как состояние системы, так и ее функциональное развитие. Перед современной наукой стоит проблема корректного совмещения этих двух подходов в пределах расширенного толкования философского принципа детерминизма. Если раньше детерминизм основывался преимущественно на генетических причинных связях, то теперь и системная корреляция начинает пониматься как один из видов детерминации, то есть взаимообусловленности, явлений.

Логические основания – это та логическая теория, с помощью которой из собственных оснований выводятся производные предположения, логика занимается многими проблемами (смыслом и назначением выражений языка, различными отношениями между понятиями, операциями определения и логического деления, вероятностными и статистическими рассуждениями), но главная тема логических исследований - анализ правильности рассуждения, формулировка законов и принципов, соблюдение которых является необходимым условием получения истинных заключений в процессе вывода; развитие логики показало, что доказательства вовсе не обладают абсолютной, вневременной строгостью и являются только опосредствованными средствами убеждения, в разных логических системах доказательствами считаются разные последовательности утверждений, и ни одно доказательство не является окончательным. Таким образом, логически проблемы науки ХХ века достаточно ясно, показали необходимость различных логических теорий для определенных теоретических построений. В частности, стало ясно, что применимость той или иной логики зависит от специфики истинностных оценок собственных оснований теории. Например, если правомерно оценивать собственные основания теории не только оценкой “истинно”, но и “неопределенно”, то с такими основаниями будет согласовываться логика Рейхенбаха, а с понятиями “лучше”, “хуже” и “равноценно” логика сравнительных оценок. Гносеологические основания – это инструментарий решения методологических проблем. При этом в качестве инструмента выступают принципы (отражения, различия и отождествления, фундаментальной роли практики, конкретности истины, относительности адекватности отображения) (метод идеализации, контруктивизации и формализации, анализа и синтеза, восхождения от абстрактного к конкретному) и методы гносеологии, позволяющие адекватно применять понятия, устанавливать истинность суждений [3].

К методологическим основаниям относятся методы построения, развития и обоснования теорий. Современная методология исследования сложных систем основана на развитии и широком применении методов математического моделирования. Новая методология доказала свою высокую эффективность при выполнении ряда научных проектов, например в космонавтике. Познание сложных систем при использовании новой методологии в общей форме содержит два этапа. Первый связан с построением математической модели, второй – с анализом полученной модели. Эффективным способом предопределения сложности и математического моделирования является использование принципов декомпозиции и укрепления. Интерпретацией принципа декомпозиции является принципы последовательной детализации задач анализа и синтеза. Модели анализа разделяются на последовательную цепочку моделей с обратными связями. Каждая последующая модель в цепочке позволяет получить более детальное решение, чем предыдущая. Основная идея упрощения состоит в построении для заданной системы S такой системы , которая, являясь более простой модификацией исходной, одновременно сохраняла ее основные черты. Процедура “укрупнения” с математической точки зрения осуществляется следующим образом. Для заданной системы S выбирается близкая ей базисная система S0; опираясь на S и S0, строится согласно определенному алгоритму укрупненная система. Построение алгоритма основано на естественной эвристической идеи агрегирования (сборе) подсистемы и операции предельного перехода. Метод, несомненно, перспективен в преодолении «тирании» размерности [4].

Таким образом, научные основы теории систем многоаспектные и взаимосвязанные, их совокупность раскрывает как внутреннюю организацию, так и внешние связи теории. При этом главным в проблеме соотношения различных оснований теории систем является то, что решение системных задач требует не просто комплексного использования различных оснований, а применение их с точки зрения ведущей роли гносеологических оснований.

Исходя из анализа оснований следует, что при решении системных задач наиболее конструктивным являются структурно-функциональный и субстратно-структурный принципы. При этом структурно-функциональные анализ и синтез позволяют изменять разнообразные математические методы для построения моделей объектов систем. Однако методологическим средством реализации системного подхода при исследовании и решении практических задач в различных отраслях деятельности человека является системный анализ. Он представляет собой совокупность научных методов, процедур, практических приемов исследования сложных проблем. Главное в системном анализе то, что он позволяет, с одной стороны, разбить сложную проблему на составляющие ее простые задачи, имеющие отработанные методы решения, а с другой – удержать их вместе в качестве единого целого. Область применения системного анализа достаточно широка, включает разнообразные постановки задачи и соответственно методы решения. Она лежит на стыке ряда наук и человеческой деятельности. Системный анализ целесообразно применять прежде всего для исследования крупных комплексных проблем, имеющих прикладной характер. К таким проблемам можно отнести: разработку совершенно новых сложных систем или систем, выполняющих свои функции лучше существующих; улучшение функционирования различных сторон деятельности систем; ликвидацию нежелательных ситуаций, вызванных изменением внешних и внутренних факторов, воздействующих на систему и т. д. Системный анализ отличается от других методов исследования не научным аппаратом, а главным образом упорядоченным, логически обоснованным подходом к разрешению проблем. Он предназначен в первую очередь для решения слабоструктурированных проблем, т. е. таких, в которых элементы и связи между ними определены только частично. Объектами системного анализа являются процесс подготовки и принятия решений и различные проблемы, которые возникают при создании и функционировании сложных систем.

Таким образом, системный анализ – совокупность методов и средств, используемых при исследовании и конструировании сложных и сверхсложных объектов, прежде всего методов выработки, принятия и обоснования решений при проектировании, создании и управлении социальными, экономическими, человеко-машинными и техническими системами. Системный анализ возник в 60-х гг. XX в. как результат развития исследования операций и системотехники. Теоретическую и методологическую основу системного анализа составляют системный подход и общая теория систем. Системный анализ применяется главным образом к исследованию искусственных (возникших при участии человека) систем, причем в таких системах важная роль принадлежит деятельности человека. Согласно принципам системного анализа возникающая перед обществом та или иная сложная проблема (прежде всего проблема управления) должна быть рассмотрена как нечто целое, как система во взаимодействии всех ее компонентов. Для принятия решения об управлении этой системой необходимо определить ее цель, цели ее отдельных подсистем и множество альтернатив достижения этих целей, которые сопоставляются по определенным критериям эффективности, и выбрать наиболее приемлемый для данной ситуации способ управления. Важным этапом системного анализа является построение обобщенной модели (или ряда таких моделей) исследуемой или конструируемой системы, в которой учтены все ее существенные переменные. В силу чрезвычайно большого числа компонентов (элементов, подсистем, блоков, связей и т. д.), составляющих социально-экономические, человеко-машинные и т. п. системы, для проведения системного анализа требуется использование современной вычислительной техники как для построения обобщенных моделей таких систем, так и для оперирования с ними (например, путем проигрывания на таких моделях сценариев функционирования систем и интерпретации полученных результатов). В системном анализе широко используются разработанные в последние два-три десятилетия методы системной динамики, теории игр, эвристического программирования, имитационного моделирования, программно-целевого управления и т. д. Важной особенностью системного анализа является единство используемых в нем формализованных и неформализованных средств и методов исследования.

Следует отметить, что научная дисциплина «системный анализ» – это одна из составляющих науки о системах в целом. Основа науки о системах преимущественно теоретическая, так как в отличие от традиционной науки, которая ориентируется на исследование разных категорий явлений и занимается определенным типом элементов (например, физических, биологических, экономических и т.д.), наука о системах изучает различные классы отношений. При этом тип элементов, на которых определены эти отношения, не фиксируется, именно поэтому наука о системах носит междисциплинарный характер. Установлено, что «этот факт имеет, по крайней мере, два следствия. Во-первых, системные знания и методология могут быть использованы практически во всех разделах традиционной науки. Во-вторых, наука о системах обладает гибкостью, позволяющей изучать свойства отношений в таких системах и, следовательно, в задачах, где фигурируют характеристики, исследуемые обычно в самых разных областях традиционной науки. Это позволяет изучать подобные системы и решать такие задачи в целом, а не рассматривать их как собрание несвязанных предметных подсистем и подзадач.» Такое положение позволяет на концептуальном уровне рассматривать науку о системах как методологическую основу многих современных теорий. При этом под методологией теории принятия решений будем понимать учение о структуре, логической организации, методах и средствах получения необходимой для процедуры выбора информации.

Для понимания того, что объект является системой его необходимо представить в виде упорядоченного множества взаимосвязанных элементов, обладающих структурой и удовлетворяющих принципу целостности [5]. При этом под принципом целостности понимается невозможность получения объекта из составляющих его элементов без их предварительного упорядочения и интеграции связей между ними; под структурой — относительно устойчивый способ связи элементов объекта; под элементом — некоторую часть объекта, которая, будучи связана с другими частями объекта, образует сам объект, для которого характерны «системные эффекты» или эмерджентность [6], то есть наличие у целостной системы сверхаддитивных свойств, отсутствующих у ее элементов, взятых в отдельности. Следовательно, исходя из принципа целостности, свойства системы как целого невозможно свести к сумме свойств составляющих ее частей; ее свойства нельзя вывести из свойств отдельных частей; все элементы, процессы и отношения внутри системы зависят от структурного принципа организации целого [7]. Исходя из современного уровня развития теории систем основными понятиями и категориями, используемыми в системных исследованиях, являются:

• система и ее элементы, включающие близкие к ним категории состава и структуры системы, ее модели и моделирование поведения системы, сложности системы вообще и сложности создания модели системы для описания процесса ее функционирования;
• информация и энтропия;
• цель и ее выработка при создании облика системы, а также соотношение понятий цели – управления – эффективности;
• декомпозиция и агрегирование систем с учетом всего комплекса связанных с ними процессов и действий.

Раскрытие сущности данного подхода возможно только через понятие системы, которое является фундаментальным понятием науки, научной категорией высокого уровня абстракции, средством решения сложных проблем. Термин «система» («система» по-гречески буквально означает «целое, составленное из частей», «соединение») безусловно является одним из самых распространенных и используемых в самых различных областях человеческой деятельности. Этот термин чрезмерно перегружен и имеет различный смысл при различных обстоятельствах и для различных людей. При этом в научных дисциплинах этот термин используют в тех случаях, когда хотят охарактеризовать исследуемый объект как нечто целое (единое), сложное, о котором невозможно сразу дать представление, показав его, изобразив графически или описав его математическим выражением. Существует несколько десятков определений этого понятия. Анализ определений понятия «система» позволяет в широком смысле говорить о системе (S) как об упорядоченной паре множеств: множество соответствующих элементов (А) и множество отношений (R) между элементами множества А

S = (A, R).

Следует отметить, что всякое бинарное отношение, обладающее такими свойствами, как рефлексивность, симметричность, транзитивность, принято называть отношением эквивалентности (тождество, равенство, подобие, пропорциональность и т.п.). Говоря о важности этих отношений, достаточно сказать, что на том или ином из них основана любая классификация. Следует подчеркнуть, что когда говорят об эквивалентности предметов, подразумевают их сходство лишь в каком-то одном отношении (именно в том, которое дало повод сопоставить предметы между собой). При этом множество всех возможных взаимообусловленных отношений между элементами внутри системы, определяющих ее качественную специфику, называется структурой. Однако несмотря на содержательность понятия «отношение», общая концепция системы имеет низкое практическое значение. Это объясняется тем, что не раскрывается специфический характер отношений, существующий между элементами системы, и не существует возможности отличать системы от агрегатов. С целью повышения практической полезности система любой природы описывается с трех точек зрения [8]: 1) функциональной; 2) морфологической; 3) информационной.

С точки зрения функционального описания всякая система как объект исследования интересна прежде всего результатом своего существования, местом, которое она занимает среди других объектов в окружающем мире. Поэтому функциональное описание необходимо для того, чтобы осознать важность системы, определить ее место, оценить отношение к другим системам. С этого начинается познание системы, и без этого невозможно ее использование. Функциональное описание (функциональная модель) должно создать правильную ориентацию в отношении внешних связей системы, ее контактов с окружающим миром, направлений ее возможного изменения. Оно включает оценку значимости системы в ее конкретной функции.

Морфологическое описание должно дать представление о строении системы. Оно не может быть исчерпывающим, глубина описания, уровень детализации, т. е. выбор элементов, внутрь которых описание не проникает, определяются назначением описания. Морфологическое описание иерархично. Конкретизация морфологии дается на стольких уровнях, сколько их требуется для создания представления об основных свойствах системы. В иерархии описания может существовать такая ступень, где прежние описания, применявшиеся на более высоких ступенях, становятся непригодными и необходимо применить принципиально новый способ описания. Изучение морфологии начинается с элементного состава. Под элементом в данном случае понимается подсистема, внутрь которой описание не проникает. Элементный состав может быть гомогенным (содержать однотипные элементы), гетерогенным (содержать разнотипные элементы) и смешанным.

Важным признаком морфологии является назначение (свойства) элементов. В большинстве случаев объекты обладают практически бесконечным числом свойств, любое из которых можно вполне осмысленно изучать и, как следствие, почти любой объект невозможно изучить полностью. Это означает, что необходимо отобрать ограниченное число характеристик, наилучшим образом описывающих данный объект как явление. После того как такой отбор сделан, необходимо определить процедуру измерения (наблюдения) каждого свойства, которое, в свою очередь, задает абстрактную переменную, представляющую наш образ (наше отображение) соответствующего свойства. Следовательно, на исследуемом объекте система задается набором свойств объекта и назначением каждому из них определенной переменной (с помощью процедуры измерения). Таким образом, система всегда рассматривается не как реальная вещь, а как абстрагирование или отображение некоторых свойств объекта. Познание (отражение) разнообразных свойств объекта связано с получением информации об этих свойствах в процессе натурного (измеренные) или вычислительного (смоделированные) эксперимента. В результате таких экспериментов появляется возможность информационного описания познаваемого объекта. При этом важно понимание информации как меры порядка, организованности, т.е. информации как характеристики структуры системы. Слово «информация» столетиями использовалось многими исследователями, не привлекая к себе особого внимания. Лишь в начале ХХ в., в связи с возрастанием роли информации в общественной деятельности возрос интерес к содержанию данного понятия. В настоящее время понятие «информация» используется в двух значениях – качественном (конкретном) и количественном (абстрактном).

Таким образом, с одной стороны, под информацией понимают конкретную информацию (сообщение о копии отражаемого объекта, явления), с другой – ее численную меру, т.е. выраженное (например, в битах) количество абстрактной информации, содержащейся в этом сообщении. Определение «информация» в приложениях удобно сохранять только за конкретной информацией, а ее численную меру называют «количеством информации». Раскрытие трактовки понятия «информация» диалектически связано с таким понятием как, «неопределенность». При этом понятие «неопределенность» служит отправной точкой к познанию взаимосвязи таких категорий, как информация и энтропия.

Основные этапы, которые включает в себя системный анализ следующие: формирование проблемы, формулирование целей, разработка и исследование альтернатив достижения поставленных целей, сравнение альтернатив и выбор оптимального способа достижения общей цели. На первом этапе необходимо уяснить возникшую ситуацию и убедиться в существовании проблемы, четко ее сформулировать, установить связи с другими проблемами и определить принципиальную разрешимость этой проблемы. На этапе первоначального формулирования и упорядочения проблемы используется метод сценариев [9], служащий средством получения и сбора информации о ее взаимосвязи с другими проблемами. Анализ сценариев позволяет отмежеваться от второстепенных проблем, понять сущность главной и наметить пути ее решения. Главная проблема делится на подпроблемы, до тех пор пока возможные решения каждой из них не станут очевидными, наглядно демонстрированными. Этот процесс в системном анализе сочетается с синтезом – объединением в единую систему множества частных решений.

На основе формулировки проблемы осуществляется формирование цели. В общем случае цель – это желаемый результат деятельности, имеющий определенную полезность. Общая цель разрешения проблемы может быть выражена общим качественным требованием (например, «повысить эффективность...»). Такая цель весьма неконкретна, как и пути ее достижения. Поэтому, кроме общей цели, выявляются промежуточные, частные цели и подцели, достижение которых обеспечивает достижение общей цели. По мере перехода с верхнего уровня этого иерархического построения целей на нижний происходит их «конкретизация». На нижних уровнях цель может выражаться количественными показателями ожидаемых результатов. Эффективной формой представления целей (научных задач) может быть структурный (схематический) перечень целей, сгруппированных по определенным разделам. Главное, чтобы они были объединены в систему, обладающую свойствами полноты и упорядоченности. В целом системный анализ предполагает наличие необходимого и достаточного объема информации о сущности проблемы, ее логической структуре, связях с другими (внешними по отношению к ней) проблемами, информации о различного рода факторах, влияющих на решение проблемы, о наличии ресурсов для ее решения и т. д. Многие из этих факторов не поддаются количественной оценке, а потому их можно учесть, лишь используя знания и опыт специалистов по данной проблеме. Вместе с тем системный анализ служит и средством упорядочения этой исходной, подчас весьма разнообразной и противоречивой информации, а также средством получения новой информации об исследуемой проблеме или системе, о возможных состояниях их в будущем.

Системный анализ располагает специфическим инструментом исследований, который включает в себя неформальные эвристические методы (сценариев, экспертных оценок, «перекрестных» сравнений, диагностики); графические методы (сетевые, матричные и др.); количественные методы (математические, программирование, теорию игр, теорию статистических решений и др.). На всех этапах системного анализа широко используется метод моделирования. При этом применяются оптимизационные, игровые, имитационные и другие методы. К результатам системного анализа нужно подходить критически, так как при его выполнении, даже при отсутствии ограничений по ресурсам и времени, нельзя учесть многообразия всех факторов, определяющих решаемую проблему. Однако и неполный анализ всегда лучше, чем его полное отсутствие. В целом же системный анализ является действенным средством решения сложных проблем. Он далеко не всегда может дать точный ответ на поставленный вопрос, однако его применение позволяет достаточно четко уяснить проблему и выбрать наиболее эффективный вариант ее решения.

Список использованной литературы

1. Научные основы теории систем и системного анализа: / Материалы докладов семинара «Проблемные вопросы теории систем» / Под ред. Г.И. Андреева, В.А. Тихомирова. – Тверь: ВУ ПВО, 2000.
2. Волкова В.Н., Денисов А.А.. Основы теории систем и системного анализа. – СПб.: СПбГТУ, 1997.
3. Ивин А.А., Никифоров А.Л. –Словарь по логике. –М.: ВЛАДОС, 1997.
4. Диалектика познания сложных систем / Под ред. В.С. Тюхтина. – М.: Мысль, 1988.
5. Goguen and Varela Systems and distinctions: Duality and complementarity //Intern. J. General Systems №5, 1979 – Р.31 – 43.
6. Винограй Основы общей теории систем. – Новосибирск: Зап.-Сиб. отд филос. Общества России, 1993.
7. Юдин Системный подход и принцип деятельности. – М.: Наука, 1978.
8. Дружинин В.В., Конторов Д.С. Проблемы системологии – М.: Радио и связь,1976.
9. Саати Т., Кернс К. Аналитическое планирование (организация систем) – М.: Радио и связь, 1991.